Abstract
摘要 非晶碳氫薄膜隨製程參數的不同，其物性及微結構會有很大的改變。本研究採用射頻電漿輔助化學氣相沈積法(RF PECVD)法，在基板端電極外加直流負偏壓，另一端電極接地的方式鍍製非晶碳氫薄膜(a-C:H)，並針對雷達波功率、不同比例的氬氣及甲烷流量以及外加直流負偏壓對薄膜物性及微結構的影響及造成該現象的原因進行研究。由本實驗觀察到以下的結果: 1. 在無外加偏壓方式下鍍製的非晶碳氫薄膜，隨雷達波功率上升，沉積速率及密度增加，但沉積速率會有一極大值出現，推測係因功率過高時電漿中離子濺散效應大於沉積速率導致。另消光係數會增加，而光能隙值減少且薄膜中的氫含量降低(只有氣體流量比Ar/CH4=25/14有此現象)，此與功率升高導致薄膜中較弱之碳氫鍵鍵結被打斷後，膜中氫含量減少，且薄膜傾向生成較多的sp2π鍵結。 2. 隨著氬氣與甲烷之流量比(Ar/CH4)的下降，薄膜沉積速率變大，且密度變小。另薄膜的光性質方面，在功率250W鍍製的薄膜，光能隙無系統性變化，而功率350W鍍製的薄膜，光能隙則隨氣體流量比(Ar/CH4)的下降而增加。薄膜氫含量隨氣體流量比(Ar/CH4)的下降有增加之趨勢(在Ar/CH4=18/21時，有一極大值出現)，推測是因薄膜隨氣體流量比下降，單位時間內沈積在基板之甲烷活化基數目較多，使薄膜中氫含量大。 3. 熱退火溫度越高，薄膜之折射率減少，消光係數增加、光能隙值減少，且膜中氫含量減少。推測薄膜光性質中消光係數隨熱退火上升而增加，與薄膜因熱處理溫度提高，打斷碳氫鍵結所引致氫逸出後，碳碳雙鍵鍵結產生，薄膜中sp2π鍵結量增加(石墨成分增加)，所以隨熱退火溫度上升，薄膜氫含量與光能隙會變小。 4. 外加負偏壓越高，薄膜沉積速率整體而言變化不大，但密度增加，薄膜光能隙值下降且氫含量減少。推測這是因外加負偏壓越大，電漿內部離子受到加速，能量變大，使活化基沉積速率與濺散效應皆增加，打斷薄膜中鍵結較弱之碳氫鍵，降低氫含量，且使得薄膜中的sp2π鍵結量增加，造成薄膜消光係數增加及光能隙值減少。 5. 外加負偏壓下鍍製的薄膜，隨熱退火溫度增加，薄膜光能隙值下降，且薄膜內的氫含量減少。另外觀察到，隨外加負偏壓增加，薄膜光能隙降低及氫含量減少的效應在熱退火後會更明顯(除了外加偏壓-500伏特，300度熱退火後，光能係值增加外)。